MODIS地表温度产品在青藏高原冻土模拟中的适用性评价

利用MODIS地表温度反演产品,以青藏高原为研究区域,通过单点、区域、模型3方面来验证MODIS地表温度产品在青藏高原冻土模拟中的适用性.通过69个气象站点观测的地表O cm温度数据与所在位置的MODIS地表温度数据比较,二者在时间序列上的变化趋势基本一致,但是平均误差较大.在区域验证中,实测地表温度数据采用经纬度海拔...     

基于MODIS LST产品估算青藏高原地区的日平均地表温度

地表温度是衡量地-气界面热状况的重要指标,在冻土制图、城市热岛效应等研究领域有重要应用.MODIS数据只提供了每日4次过境的瞬时温度值,而实际应用中往往需要日平均地表温度.对实测0cm温度数据进行分析后,发现其日变化曲线呈分段函数特性,白天按正弦曲线变化,夜间则呈线性下降.据此提出对白天和晚上的数据进行分段拟合的方案,并与已有的两种拟合方法作对比验证.地面验证工作包括两个方面:一是模拟的验证,按卫星过境时间从逐小时的实测0cm数据中挑出4个瞬时值,将上述拟合方法应用于这4个瞬时值,得到拟合的日平均温度,再同24h的算术平均值比较.结果表明:Sin-Linear法精度最高,平均误差在1K以内;其二是地面对MODIS的验证,将3种方法应用于MODIS数据,再与地面平均值比较,3种方法中Sin-Linear法误差最小,且具有最好的线性相关,R2超过0.9.     

青藏高原冻土区域的相干特性分析

由季节性的冻胀和融沉导致的地表变形是在多年冻土区域进行工程施工的最主要危害, 青藏铁路建设和维护中的一个主要问题就是如何监测冻土的形变. 利用北麓河地区的ASAR数据, 联系冻土的相关变化规律, 对于冻土区域的相干特性进行了分析. 通过对不同自然地物的相干性进行对比分析, 发现冻土区域地物的相干性不仅与地物特性相关, 同时也与冻土的冻结和融化密切相关. 不同时间段干涉对的相干性的差别反映了冻土在不同季节的变化规律. 青藏铁路和公路在不同空间基线和时间基线上的相干性表现, 为该区域的稳定散射体的选择提供了一种可能, 对于进行北麓河区域的冻土形变的时间序列分析具有重要的指导意义.     

人类活动对青藏高原冻土环境的影响

采用物探技术、植物样方调查对青藏公路沿线工程活动对冻土环境因素之间的影响进行了分析研究, 结果表明: 由于工程活动对原冻土区地貌、植被及表土层结构等的干扰破坏, 致使工程区及其影响区冻土上限下降速度加快, 同时得出了冻结层上水埋深(1～3 m)与冻土层厚度变化的关系以及冻结层上水水位随冻土上限下降而变化的规律. 指出工程活动对植被的影响不仅与工程本身有关, 也与工程区冻土厚度、地下水、土壤等因素有密切关系.     

青藏高原东北部15万年来的多的冻土演化

青藏高原东北部最近１５万年中至少存在５次多年冻土强烈扩展时期第一交天１４０ｋａＢＰ的倒数第二次冰有小各地广泛发育冰楔；第二次发生在末次冰期早期（８０－５３ｋａＢＰ），若尔盖盆地发育融浆扰曲；第三次发生在２７－２３ｋａＢＰ，高原东北缘出现冰楔；第四次发生在２１－１０ｋａｂｐ，巴颜拉山以南地区和若尔盖盆地发育冰楔，黄河源，共和及青海湖周转出现原生砂楔。不考虑构造上升。上述并土扩展时期多年冻土带下界高度     

青藏高原五道梁冻土活动层表面二氧化碳和甲烷的排放

通过静态箱取样方法，首次获得青藏高原冻土活动层排放气体。分析测定结果表明，ＣＨ４含量为０．６３～１．５４μｇ／ｇ，平均为１．１９μｇ／ｇ，大多数样品ＣＨ４含量低于当地大气ＣＨ４含量（１．３２μｇ／ｇ）；ＣＯ２含量为０．１５％～０．２７％，平均为０．２１％，明显高于大气ＣＯ２的浓度（０．０６９％）。ＣＨ４、ＣＯ２含量具有一定的日变化特征。ＣＨ４排放率为－０．０３２～０．０４８ｍｇｍ－２ｈ－１，平均为０．００１ｍｇｍ－２ｈ－１；ＣＯ２排放率为－５６．５０３～６１．４２５ｍｇｍ－２ｈ－１，平均为０．０９５ｍｇｍ－２ｈ１。从所获得的冻土排放气体中ＣＨ４和ＣＯ２的浓度来看，这种干燥寒冷的高原冻土活动层表面ＣＨ４排放较少，ＣＯ２的排放较高     

青藏高原季节性冻土的时空分布特征

利用青藏高原72个气象台站的冬季逐日冻结深度资料, 采用动力学Q指数和小波分析方法, 研究了青藏高原季节性冻土的时空变化特征. 结果发现: 青藏高原季节性冻土各站点相互间的动力学Q指数在高原大部分地区都比较小, 仅在高原南部部分站点值较大, 表明在高原上总体来说季节性冻土的动力学结构是一致的. 各站季节性冻土1980年代前后的Q指数在高原主体也都比较小, 只是在高原东南部和柴达木盆地的部分地区Q指数较大, 表明在高原大部分地区季节性冻土变化的动力学结构特征没有发生突变. 青藏高原季节性冻土总体上呈现下降趋势, 在20世纪80年代中期有一次均值突变, 突变以前的冬季平均冻结深度在93 cm左右, 突变以后的冬季平均冻结深度下降了10 cm左右. 高原季节性冻土冬季平均深度有准4 a的周期变化.     

青藏高原Soumi-NPP和MODIS积雪范围产品的对比分析

Soumi-NPP（Soumi Polar-orbiting Partnership）卫星作为接替服役超期的Terra、Aqua卫星,其积雪范围产品在青藏高原的精度尚未被评价。以Soumi-NPP积雪范围产品为研究对象,利用气象台站点数据并结合更高分辨率的Landsat-8 OLI数据,评价该产品的精度,并与MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）积雪范围产品进行对比分析。结果表明：使用气象台站进行数据验证时,NPP、MOD与MYD三种积雪范围产品的总精度均较高,但三者积雪漏分误差都较大,其中MYD的漏分误差最大,为64.2%;当雪深小于5 cm时,三种积雪范围产品的积雪分类精度都较低,雪深大于等于5 cm时,NPP积雪范围产品的积雪分类精度最高,为82.3%,MOD与MYD的精度分别为77.1%和69.4%;利用Landsat-8 OLI数据验证时,Soumi-NPP积雪范围产品的Kappa系数最高,其均值为0.707,为高度一致性。而MOD10A1与MYD10A1的Kappa系数较低,分别为0.476与0.557,为中等一致性;Soumi-NPP积雪范围产品的Kappa系数大多在0.6以上,精度比较稳定,而MODIS积雪范围产品的Kappa系数波动较大,精度稳定性较差。Soumi-NPP积雪范围产品相较于MODIS积雪范围产品,其精度有了较大的提升,为准确监测青藏高原积雪范围提供了一个更优的选择。     

青藏高原冻土地球物理勘查方法组合模式

在全球气候日益变暖的情况下,青藏高原多年冻土退化将导致区域水文地质条件发生改变,进而影响到区域水资源循环过程和生态环境,需要开展青藏高原地区冻土地球物理勘查技术方法研究,以实现了解冻土地球物理特征、空间分布信息等.针对以上情况,对地震反射、地震转换波反射、地震折射、探地雷达、音频大地电磁(EH4)、高密度电阻率法这6种技术方法的探测效果进行了对比试验研究.研究结果表明,6种物探技术方法均可探测地层结构、冻土地球物理特征、空间分布信息等,但各种技术方法均存在一定局限性.针对不同目标任务,提出了3种青藏高原冻土地球物理勘查方法组合模式.该组合模式可为今后青藏高原冻土地球物理勘查提供技术支持.     

Accuracy verification of MODIS daily cloud-free snow cover products over the Tibetan Plateau北大核心CSCD

Snow cover is of great hydrological,ecological,and climatic significance in the Tibetan Plateau. MODIS snow products are widely used at present but are seriously affected by clouds. Scholars at home and abroad have developed a variety of cloud removal products for raw MODIS daily snow products,but the accuracy of these products in the Tibetan Plateau has not been evaluated comprehensively. Therefore,this paper uses Landsat-8 data with high resolution as the reference value to conduct systematic verification of three datasets of cloud-free snow products released on a daily basis. The results show that compared with the two sets of products （M*D10A1GL06 and MODIS_Dysno_Cloudfree）,which are produced based on raw MODIS daily snow cover product realized by NSIDC（National Snow and Ice Data Center）,the MODIS CGF SCE product produced based on MODIS surface reflectance data,has a great advantage in snow identification accuracy. The MODIS CGF SCE product optimized the NDSI threshold for different land cover types. Although the accuracy of snow identification was significantly improved,the problem of large snow identification error in forest areas was still not effectively resolved,and there was a high underestimate error. © 2022 Science Press (China).     

青藏高原东部的冻土退化

本从冻土与现代气候关系出发，理论上确定了冻土分区的界限。用剖面图展示出本区不同类型冻土分布代表性高程，并以丰富的资料分析了出露在不同冻土区内的埋藏冻土层，冻土地貌假像，岛状冻土上限的起伏以及融冻地貌，植被变化等诸多现象呈现退化的一致性，得出了“退化是本区多年冻土变化的基本趋势”这一结论。     

ERA-Interim地表温度数据集在青藏高原冻土分布制图应用的适用性评估

地表温度综合反映了大气、植被和土壤等因素的能量交换状况, 是冻土分布模型和一些寒区陆面过程模式的上边界条件, 对多年冻土分布制图和活动层厚度估算有重要意义. 为了评估ERA-Interim 地表温度产品在青藏高原地区的适用性, 综合比较了青藏高原69个海拔2 000 m以上气象站1981-2013年地面实际观测值与ERA-Interim之间的差异及其分布状况. 结果表明, 两种资料的变化趋势一致, 但是ERA-Interim地表温度在数值上与实际观测值差别显著, 平均偏低7.4℃. 原因之一可能是由ERA-Interim再分析资料格点的海拔高度与气象站实际海拔高度差异引起的. 根据两种温度产品之间海拔的差异, 对ERA-Interim地表温度重新进行模拟, 经过模拟后的ERA-Interim地表温度与实际观测值的差值在大部分气象站变小, 平均偏高0.4℃. 因此, 经过重新模拟的ERA-Interim地表温度基本能够反映青藏高原地表温度的真实情况. 以模拟后的ERA-Interim地表温度作为地面冻结数模型的输入参数模拟了青藏高原冻土分布, 结果表明青藏高原多年冻土区面积为1.14×10⁶ km², 季节冻土区面积为1.43×10⁶km².     

青藏高原多年冻土微生物的培养和计数

以青藏高原腹地北麓河流域的两个6m钻孔为对象,对多年冻土中保存的微生物进行初步培养和总数测定,并分析了微生物与土壤环境之间的关系.结果表明,两个钻孔中可以培养的微生物数目在3.6×10⁶～5.0×10²之间;随着深度增加,冻土年代递增,可以培养的数目显著减少.表层冻土属于季节冻土,可培养的微生物种群较多.总的土壤微生物数目(包括可以培养和不能培养的微生物)随深度递减,两个孔在3.8×10⁹～1.0×10⁷之间.相关性分析表明,土壤中可以培养的微生物以及总的微生物与土壤的pH值、电导率、总有机质和全氮没有显著的相关关系,而与土壤深度关系密切.两个钻孔间的地表植被虽然差异明显,但从可培养的微生物数量和土壤微生物总数比较看来,两孔间没有明显的不同.     

青藏高原多年冻土微生物的分离分析及其意义

对取自昆仑山垭口2m钻孔的21个样品中的微生物进行了分离鉴定，并对其生长速度和耐药性进行了初步分析，结果表明：青藏高原多年冻土中有微生物存在，其种类表现为临床少见，生长速度缓慢，冻土微生物的生长表现为嗜冷性，在35℃时生长停止，反映其有特殊的生理活动机制，分离细菌的耐药性分析，发现冻土中有较大比例的耐药细菌，反映了高原微生物的特殊性。     

藏北高原多年冻土区地表反照率特征分析

利用青藏高原冰冻圈观测研究站西大滩、五道梁和唐古拉自动气象站(AWS)2006—2007年的辐射观测资料,分析了藏北高原多年冻土区不同下垫面的地表反照率特征.结果表明:该地区地表反照率在四季都表现出明显的日变化特征,呈U形,早晚大,中午小.日平均和月平均地表反照率有相同的年变化特征,且冬半年的地表反照率远远大于夏半年.受积雪的影响,地表反照率年均值较高,夏季最小,冬季最大,春季大于秋季.针对3种不同植被类型的下垫面,在四季反照率都有高寒草甸(唐古拉)高寒草原(西大滩)荒漠草原(五道梁)的特点.     

青藏高原多年冻土层中地下冰储量估算及评价

过去几十年来,沿青藏公路/铁路多年冻土区已经完成了数千个钻孔的钻探工作.经过仔细筛选,对其中的697个钻孔剖面的地下冰分布状况和其中9261个重量含水量的分布特征进行了分析.在水平方向上,依据地下冰的分布特征,把青藏公路/铁路沿线的多年冻土划分成少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层5个含冰量类别,并详细统计了各类冻土沿公路所占里程.在垂向上,将每个钻孔划分出3个深度段:即多年冻土上限以下1m范围内、上限下深1～10m段及上限下10m以下段,统计了各深度地下冰储量.青藏公路沿线多年冻土的平均厚度为38.79m,平均含水量为17.19%,据此初步估算出青藏高原多年冻土区地下冰的总储量为9528km3.